基于模型参考自适应系统的异步电机参数辨识的研究

摘要

随着电力电子技术、电力电子器件和控制技术的飞速发展，异步电机调速已广泛应用于各国的工农业生产。然而我国在交流调速传动方面的研究起步较晚，国产产品性能不及国外产品，市场占有率小，因此亟需对异步电机调速系统进行深入研究，有助于提升自主知识产权的交流调速传动产品在国际市场上的竞争力。
　　 异步电机是一个强耦合的多变量系统，按转子磁场定向的异步电机矢量控制方法能实现转速和磁链的解耦控制，是高性能交流调速方法之一。磁链观测器是异步电机矢量控制系统中的关键部分，所以本文主要针对磁链观测器进行研究。在分析自适应正交反馈补偿磁链观测器的基础上，本文提出了一种能提取输入直流偏置的改进型磁链观测器，该观测器有效地解决了积分初始相位和输入直流偏置引起的积分问题，并能将输入直流偏置加以提取。此外，本文分析了模型参考自适应系统(Model Reference Adaptive System，简称MRAS)转子时间常数辨识、MRAS转子时间常数和定子电阻同时辨识两种方法，并总结出采用MRAS参数辨识，磁链观测的结果不再受转子时间常数和定子电阻变化的影响的结论。在理论分析的基础上，本文还通过仿真和实验结果证明了改进型磁链观测器和MRAS参数辨识在异步电机矢量控制系统中应用的可行性和有效性。最后，本文对异步电机矢量控制系统的设计和实现作了研究，从硬件电路的构架、主电路的设计到数字控制平台的软件设计都作了较为详细的分析和阐述。在该样机上，对本文提出的控制方案进行了一系列的实验，并给出了相应的实验结果。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 交流调速系统控制方法的发展与现状

1.2.1 转差频率控制

1.2.2 V/f控制

1.2.3 矢量控制(磁场定向控制)

1.2.4 直接转矩控制

1.2.5 现代控制理论的应用

1.3 磁链观测器的发展与现状

1.3.1 基于理想电机模型的磁链观测器

1.3.2 基于改进型积分器的电压型磁链观测器

1.3.3 自适应观测器

1.4 本文所作的工作

第二章 按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统

2.1 异步电机的多变量数学模型和坐标变换

2.1.1 异步电机动态模型的性质

2.1.2 三相异步电机的数学模型

2.1.3 坐标变换和变换阵

2.1.4 异步电机在任意两相旋转坐标系上的数学模型

2.1.5 异步电机在两相静止坐标系上的数学模型

2.1.6 异步电机在两相同步旋转坐标系上按转子磁场定向的数学模型

2.2 异步电机矢量控制原理

2.2.1 矢量控制系统的基本构想

2.2.2 笼型异步电机矢量控制数学模型

2.2.3 转速、磁链闭环控制的矢量控制变频调速系统

2.3 本章小结

第三章 提取输入直流偏置的改进型磁链观测器

3.1 电压型磁链观测器中纯积分器的积分问题

3.2 自适应正交反馈补偿磁链观测器

3.2.1 工作原理

3.2.2 等效积分原理

3.2.3 小结

3.3 提取输入直流偏置的改进型磁链观测器

3.3.1 工作原理

3.3.2 等效积分原理

3.3.3 小结

3.4 Simulink仿真与结果

3.4.1 积分问题的解决

3.4.2 改进型磁链观测器应用于异步电机矢量控制系统

3.5 实验结果

3.6 本章小结

第四章 模型参考自适应系统参数辨识

4.1 超稳定性理论

4.1.1 超稳定性问题

4.1.2 超稳定性定理

4.2 基于转子磁链的MRAS参数辨识

4.2.1 转子时间常数辨识

4.2.2 转子时间常数和定子电阻同时辨识

4.3 Simulink仿真与结果

4.3.1 转子时间常数辨识

4.3.2 转子时间常数和定子电阻同时辨识

4.3.3 小结

4.4 实验结果

4.4.1 转子时间常数辨识

4.4.2 转子时间常数与定子电阻同时辨识

4.4.3 小结

4.5 本章小结

第五章 异步电机矢量控制系统的设计与实现

5.1 系统总体结构

5.2 主电路硬件设计

5.2.1 三相不控整流电路设计

5.2.2 三相逆变电路设计

5.2.3 采样电路设计

5.2.4 辅助电源设计

5.3 软件设计

5.3.1 DSP功能模块设置

5.3.2 主程序设计

5.3.3 中断服务子程序设计

5.4 实验结果

5.5 实验装置

5.6 本章小结

总结与展望

参考文献

附录1 作者在攻读硕士学位期间撰写的论文